Isip maglakad kasama ang African savanna. Biglang napansin mo ang paglipat ng bush bahagyang obscuring isang malaking dilaw na bagay. Mula sa limitadong impormasyon na ito, kailangan mong malaman kung ikaw ay nasa panganib at magpasiya kung paano tumugon. Ito ba ay isang tumpok ng tuyong damo? O isang gutom na leon?

Sa mga sitwasyon tulad nito, ang aming mga talino ay dapat gumamit ng kumplikado at hindi tiyak na impormasyon sa visual na gumawa ng mga paghihiwalay sa ikalawang desisyon. Ang mga inferences at kasunod na mga desisyon na ginagawa natin batay sa nakikita natin ay maaaring ang pagkakaiba sa pagitan ng pagtugon nang angkop sa isang pagbabanta at pagiging susunod na pagkain ng leon.

Ayon sa kaugalian, ang mga neuroscientist ay nag-isip tungkol sa pagproseso ng visual na impormasyon bilang isang tanikala ng mga kaganapan na nangyayari nang isa-isa, sinasala ang input signal (mula sa mga mata) na nagbabago sa espasyo at oras. Ngunit kamakailan lamang, sinimulan nating isipin ang proseso bilang mas dynamic at interactive. Habang sinusubukan ng visual na sistema na malutas ang kawalang katiyakan sa pandama na impormasyon na natatanggap nito, ginagamit nito ang parehong naunang kaalaman at kasalukuyang katibayan upang makapagbigay-alam tungkol sa kung ano ang nangyayari.

Visual system: higit pa sa mga mata

Ang mga mata ay siyempre mahalaga para sa kung paano namin makita kung ano ang nangyayari sa paligid sa amin. Subalit ang karamihan sa mga pinag-aralan ng sistema ng visual na tao ay nasa loob ng utak.

Ang mga retina sa likod ng iyong mga mata ay naglalaman ng mga photoreceptor na nararamdaman at tumugon sa liwanag sa kapaligiran. Ang mga photoreceptor, sa turn, ay isaaktibo ang mga neuron na nagpapadala ng impormasyon sa visual cortex ng utak, na matatagpuan sa likod ng iyong ulo. Ang visual cortex pagkatapos ay nagpoproseso ng raw data upang makagawa kami ng mga desisyon tungkol sa kung paano tumugon at kumilos nang angkop batay sa orihinal na input sa mga mata.

Ang visual cortex ay nakaayos sa isang anatomiko at functional hierarchy. Ang bawat yugto ay naiiba mula sa bawat iba pang isa, parehong sa mga tuntunin ng kanyang mikroskopiko anatomya at ang pagganap na papel at pisyolohiya - iyon ay, kung paano tumugon ang mga neuron sa iba't ibang mga stimuli.

Ayon sa kaugalian, naisip ng mga mananaliksik na ang hierarchy na ito ay sinala ang impormasyon sa pagkakasunud-sunod, yugto ng yugto, mula sa ibaba hanggang sa itaas. Naniniwala sila na ang bawat antas ng pagproseso ng visual na utak ay nagpapasa sa isang mas pinong anyo ng visual na signal na natanggap mula sa mas mababang antas. Halimbawa, sa isang yugto ng hierarchy, ang mga mataas na contrast edge ay nakuha mula sa eksena upang bumuo ng mga hangganan para sa mga hugis at mga bagay sa susunod.

Ang orihinal na pag-iisip ay nagsasaad na, sa wakas, ang pinakamataas na antas ng visual cortex ay maglalaman sa kanyang pattern ng aktibidad ng neuron na isang makabuluhang representasyon ng mundo na maaari nating kumilos. Subalit marami pang kamakailang mga pagpapaunlad sa neuroscience ang bumaling sa pananaw na ito.

Ang mundo - at samakatuwid, ang visual na kapaligiran - ay walang katiyakan mula sandali hanggang sandali. Higit pa rito, alam namin mula sa maraming pag-aaral na ang kapasidad ng visual na utak ay kapansin-pansin na limitado. Ang utak ay nakasalalay sa mga proseso tulad ng visual na atensiyon at visual na memorya upang matulungan itong mahusay na gamitin ang mga limitadong mapagkukunan na ito.

Kaya gaano eksakto ang navigate ng utak nang epektibo sa isang hindi tiyak na kapaligiran na may limitadong halaga ng impormasyon? Ang sagot ay, ito ay tumutugma sa mga logro at pagsusugal.

Pagkuha ng pagkakataon sa pinakamahusay na guesstimates

Ang utak ay kailangang gumamit ng limitadong mga input ng hindi maliwanag at variable na impormasyon upang makagawa ng isang matalinong hula sa kung ano ang nangyayari sa mga paligid nito. Kung tumpak ang mga hula na ito, maaari silang bumuo ng batayan ng mahusay na mga desisyon.

Upang gawin ito, ang utak ay mahalagang magsugal sa subset ng impormasyon na mayroon ito. Batay sa isang maliit na kalat ng pandama na impormasyon, ito ay nagtatakda sa kung ano ang sinasabi ng mundo upang makuha ang pinakamahusay na kabayaran sa pag-uugali.

Isaalang-alang ang halimbawa ng gumagalaw na bush sa sabana. Nakikita mo ang isang malabo, malaking dilaw na bagay na natatakpan ng bush. Ang bagay na ito ba ang dahilan na lumipat ang bush? Ano ang dilaw na patak? Ito ba ay isang banta?

Ang mga tanong na ito ay may kaugnayan sa kung ano ang pinili naming gawin sa susunod sa mga tuntunin ng aming pag-uugali. Ang paggamit ng limitadong visual na impormasyon (paglipat ng bush, malaking dilaw na bagay) sa isang epektibong paraan ay mahalaga sa pag-uugali. Kung ipahahayag natin na ang dilaw na bagay ay talagang isang leon o ilang iba pang mga maninila, maaari tayong magpasiya na mabilis na lumipat sa kabaligtaran.

Inference ay maaaring tinukoy bilang isang konklusyon batay sa parehong katibayan at pangangatwiran. Sa pagkakataong ito, ang pagkakilala (iyan ay isang leon) ay batay sa parehong katibayan (malaking dilaw na bagay, paglipat ng bush) at pangangatuwiran (malaki ang mga leon at kasalukuyan sa sabana). Iniisip ng mga sinaunang siyentipiko probabilistic inference bilang isang pagtutuos na kinasasangkutan ng kumbinasyon ng naunang impormasyon at kasalukuyang ebidensiya.

Dalawang koneksyon sa utak

Ang neuroanatomical at neurophysiological na katibayan sa nakalipas na dalawang dekada ay nagpakita na ang hierarchy sa visual cortex ay naglalaman ng malaking bilang ng mga koneksyon mula sa mas mababa sa mas mataas at mas mataas sa mas mababa sa bawat antas. Sa halip na ang impormasyon ay nagpapatuloy sa pamamagitan ng inverted funnel, ang pagkuha ng pinong bilang mas mataas at mas mataas, parang ang visual system ay mas isang interactive na hierarchy. Tila ito ay gumagana upang malutas ang kawalan ng katiyakan na likas sa mundo sa pamamagitan ng isang pare-pareho ang feedback at feed-forward cycle. Pinapayagan nito ang kumbinasyon ng balintuwad kasalukuyang ebidensiya at top-down naunang impormasyon sa lahat ng antas ng hierarchy.

Ang katibayan ng anatomya at physiological na nagpapahiwatig ng higit na magkakaugnay na visual na utak ay mahusay na kinumpleto ng mga eksperimento sa asal. Sa isang hanay ng mga visual na gawain - pagkilala ng mga bagay, naghahanap ng isang partikular na bagay sa mga hindi kaugnay na bagay at Ang pag-alala sa madaling sabi ay nagpapakita ng visual na impormasyon - ang mga tao ay gumanap sa linya na may mga inaasahan na nabuo mula sa mga patakaran ng probabilistic pagkakakilanlan. Ang aming mga pag-uugali sa pag-uugali ay batay sa isang palagay na ang probabilistic na pagkakakilanlan underlies ang mga capacities ay tumutugma mabuti sa aktwal na pang-eksperimentong data.

Naalam-alam na mga hula, pagliit ng error

Sinasabi ng mga sinaunang siyentipiko na ang utak ay umunlad, sa pamamagitan ng natural na pagpili, upang aktibong i-minimize ang disparity sandali sa sandali sa pagitan ng kung ano ang nakita at kung ano ang inaasahan. Ang pagliit sa pagkakaiba na ito ay kinakailangang nagsasangkot ng paggamit ng probabalistic inference upang mahulaan ang mga aspeto ng papasok na impormasyon batay sa naunang kaalaman sa mundo. Ang mga neuroscientist ay pinangalanan ang prosesong ito predictive coding.

Karamihan ng data na sumuporta sa predictive coding diskarte ay dumating sa pamamagitan ng pag-aaral ng visual na sistema. Gayunpaman, ngayon ay ang mga mananaliksik simula sa pangkalahatan ang ideya at ilapat ito sa iba pang aspeto ng pagproseso ng impormasyon sa utak. Ang pamamaraan na ito ay nagbunga ng maraming potensyal na direksyon sa hinaharap para sa modernong neuroscience, kabilang ang pag-unawa sa kaugnayan sa pagitan mababang antas ng mga tugon ng mga indibidwal na neuron at mas mataas na antas ng neuronal dynamics (tulad ng aktibidad ng grupo na naitala sa isang electroencephalogram o EEG).

Habang ang ideya na ang pang-unawa ay isang proseso ng paghihinuha ay hindi bago, ang modernong neuroscience ay nagpabago sa mga nakaraang taon - at nagbago ito nang malaki. Higit pa rito, ang pangako ay nangangahulugang palakasin ang aming pag-unawa sa pagpoproseso ng impormasyon hindi lamang para sa visual na impormasyon, kundi ang lahat ng anyo ng pandama na impormasyon pati na rin ang mga proseso ng mas mataas na antas tulad ng paggawa ng desisyon, memorya at malay-tao na pag-iisip.

Tungkol sa Ang May-akda

Alex Burmester, Pananaliksik Associate sa Pagdama at Memorya, New York University

Ang artikulong ito ay orihinal na na-publish sa Ang pag-uusap. Basahin ang ang orihinal na artikulo.

Mga Kaugnay Books

at InnerSelf Market at Amazon